Расчет центробежного насоса

Читайте также:

Основным рабочим органом центробежного насоса (рис. 1) является свободно вращающееся внутри корпуса колесо 1, насаженное на вал 2. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего 3 и заднего 4), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти 5, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью.

Рис.2. Схема центробежного насоса.

Ротор - вал с насаженными на него вращающимися деталями - вращается в подшипниках 6. Между вращающимися и неподвижными деталями могут быть установлены уплотнения 7 для снижения утечек из насоса и уплотнения 8 для уменьшения циркуляции внутри насоса. При вращении колеса на каждую часть жидкости (массой m), находящейся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала и движущуюся со скоростью v, будет действовать центробежная сила F.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разряжение, а в периферийной его части - повышенное давление. Для обеспечения непрерывного движения жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод от него. Жидкость поступает через отверстие в переднем диске рабочего колеса по всасывающему трубопроводу (подводу 9). Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разряжение).

Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спиральная камера в форме улитки, куда поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральная камера (отвод 10) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок 11, соединяемый обычно с напорным трубопроводом.

Для расчета насоса в первую очередь необходимы следующие данные:

Q, м³ /с - подача насоса (внимание, в таблице 1 размерность м³/ч);

Н_Г, м – геометрическая высота подачи жидкости.

Напор и частоту вращения насоса необходимо определить в расчетах.

Расчетный напор насоса расходуется на преодоление:

· (Р_б-Р_а)- разности давлений на свободных поверхностях жидкости в напорном и приемном резервуарах, МПа;

· Н_Г- геометрическая высота подъема, м;

· h_r_,_l_труб– потери напора возникающие при движении жидкости в трубопроводах, как до, так и после насоса.

Расчетного диаметр трубы определяется

, м, (3.1)

где:

Q – подача насоса, м³/с;

Vэк - наиболее экономичная скорость течения воды в трубопроводе, м/ с(принимаем ).

После расчета диаметра D подбирается трубопровод по ближайшему стандартному значению (смотри приложение Б).

По таблицам Шевелева Ф.А. (см. приложение Б) определяется средняя скорость течения и гидравлический уклон:

V_ср- средняя скорость течения в трубе, м/с

I- гидравлический уклон, м

Q – подача насоса, м³/с.

Расчет потерь напора по длине

, м, (3.2)

где:

L₁ и L₂ – длина трубопроводов всасывающего и нагнетающего соответственно, м.

Потери напора на местные гидравлические сопротивления определяются

, м, (3.3)

где:

ε- коэффициенты местного сопротивления в различных устройствах водопроводной сети; ε = 4,5.

g – ускорение свободного падения, м/с².

v_ср – средняя скорость течения в трубе, м/с.

Суммарное значение напора определяется

, м (3.4)

где:

- плотность жидкости, выбирается по таблице Шевелева (см. приложение Б), кг/м³;

P_а– давление в аппарате А, МПа;

P_B – давление в аппарате В, МПа;

h_l_труб – потери напора по длине, м;

Н_г- геометрическая высота подъема, м.

Выбирается насос по приложению В. Вписываются данные: марка и частота вращения.

Рассчитывается коэффициент быстроходности n_S.

, (3.5)

где:

j - число ступеней давления насоса (принимается j=1);

z - число потоков (принимается z=1);

n– частота вращения, мин^-1;

Q – подача центробежного насоса, м³/с.

По значению коэффициента быстроходности определяется примерное значение отношения диаметров D₂/D₀ и выбирается тип рабочего колеса (рисунок 3).

Определяется объемный КПД насоса, который обусловлен объемными потерями из-за перетекания жидкости через переднее уплотнение колеса и уплотнение втулки вала между ступенями насоса

, (3.6)

где:

n_s- коэффициент быстроходности.

Рис. 3 Конструктивные типы рабочих колес.

1- тихоходное колесо, n_s = 40 ÷ 80; 2 – нормальное колесо, n_s = 80 ÷ 150;,3 – быстроходное колесо, n_s = 150 ÷ 300; 4 – диагональное колесо, n_s = 300 ÷ 600; 5 – осевое или пропеллерное колесо, n_s = 600 ÷ 1200.

где обозначено:

D₀ – диаметр входа жидкости в колесо;

D₂ – диаметр рабочего колеса;

b₂ – ширина лопастей на выходе.

Определяется приведенный диаметр, условный диаметр живого сечения входа в рабочее колесо

, м. (3.7)